自主跑輪運動對小鼠抑郁癥與單胺神經遞質及HPA軸的影響

張 靜,陳永芳,黃曉燕,楊笑瑩

(1.南寧師范大學體育與健康學院,南寧 530100; 2.國家體育總局運動醫學研究所,北京 100061)

0 引言

抑郁癥是一種常見的心理疾病,目前我國抑郁癥患者超 9500 萬,約占總人口的6.7%,是導致殘疾的第二大原因[1]。以往關于抑郁癥的藥物治療與心理治療存在成本高及復發率高的問題。研究表明,運動作為一種低成本的非藥物治療在抑郁癥干預中起到了重要的作用[2]。實驗研究表明,運動可以改善抑郁癥小鼠在社會偏好及社會互作中的認知功能障礙[3],因此運動可能是改善抑郁癥患者認知功能障礙的有效方法,但運動是否是改善抑郁癥患者焦慮、抑郁的有效方法及其神經生物學機制還需進一步探究。

本實驗在前期研究基礎上采用抑郁癥小鼠模型,研究自主跑輪運動對抑郁癥小鼠焦慮與抑郁的改善作用及對單胺神經遞質和下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)的影響,為進一步開展抑郁癥治療及研究運動改善抑郁癥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

SPF級7周齡雄性C57BL/6J小鼠40只和6月齡有過繁殖經歷的CD1雄性小鼠30只,購自北京維通利華實驗動物技術有限公司(SYXK(京)2022-0052)。所有實驗動物均在標準的動物房進行飼養。

1.2 抑郁癥模型建立及運動方案

采用的長期社會擊敗應激(CSDS)模型是國際上公認的社會應激模型,較好地模擬了人類所面臨的生理與心理應激導致的抑郁癥[4]。CSDS抑郁模型是一種居留-入侵模型,單籠飼養的CD1小鼠是居留鼠,實驗鼠是入侵鼠。建模時,將實驗鼠放入CD1的鼠籠,進行10 min的攻擊-對抗,結束后用一個中間帶孔的擋板將兩者隔開,形成心理應激。24 h后,將實驗鼠轉入下一個陌生的CD1鼠籠,重復上述操作,整個建模過程為10 d。建模結束后,將建模成功的抑郁癥小鼠隨機分為抑郁癥組與抑郁癥運動組,抑郁癥運動組進行為期21 d的自主跑輪運動(上海鳴勵實驗室科技發展有限公司提供)。抑郁癥組同等條件飼養,但跑輪固定不動。對照組在標準的動物房進行相同時間的飼養。

1.3 行為學檢測

運動干預結束后,將3組小鼠轉移到行為房進行行為學測試。曠場測試可以反映動物的焦慮水平。測試時,將小鼠放在曠場的中間區域,讓動物自由探索5 min,通過自動化視頻追蹤系統記錄各組小鼠在曠場中間區域的時間。懸尾測試可以反映動物的抑郁水平。測試時,將小鼠倒掛在實驗設備上,錄像6 min,分析各組小鼠后5 min的不動時間。每只小鼠測試結束后用70%的酒精擦拭實驗設備,排除氣味對實驗結果造成的影響。

1.4 高效液相色譜法(HPLC)

各組小鼠隨機選取一半斷頭后取完整的海馬組織稱重后放入液氮,用于檢測單胺神經遞質中的5-羥色胺(5-HT)、去甲腎上腺素(NE)、多巴胺(DA)含量。①制備待測樣本:海馬組織:0.01 mol/L高氯酸溶液1∶10 離心取上清液,經0.22 μm濾膜過濾,獲得待測樣本。②色譜條件:色譜柱為Quattro3 C18柱;流動相為磷酸二氫鈉/檸檬酸混合液:甲醇87∶13;流速0.2 mL/min;柱溫35 ℃;進樣量20 μL。③稀釋標準品用于制作標準曲線。加入待測樣本,根據各遞質峰面積及標準曲線計算各組小鼠海馬5-HT、NE、DA含量。

1.5 酶聯免疫吸附測定法(ELISA)

各組小鼠隨機選取一半,腹主動脈取血后,血漿用于檢測下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)的促腎上腺皮質激素釋放激素(CRH)、促腎上腺皮質激素(ACTH)與皮質醇(CORT)含量。按照試劑盒說明書步驟,將血漿樣本加入到試劑盒中,在酶標儀450 nm波長下測定血漿樣本的光密度值,根據標準曲線計算CRH、ACTH及CORT含量。

1.6 數據處理

2 結果

2.1 自主跑輪運動對抑郁癥小鼠焦慮及抑郁的影響

曠場中間區域百分比用來反映動物的焦慮水平。單因素方差分析顯示,與對照組相比,抑郁癥組曠場中間區域百分比顯著減少(P<0.01),差異具有統計學意義。與抑郁癥組相比,抑郁癥運動組曠場中間區域百分比顯著增加(P<0.05),差異具有統計學意義(圖1AC)。

注:A.曠場測試圖;B.懸尾測試圖;C.曠場中間區域時間百分比;D.懸尾不動時間;*表示與對照組比較P<0.05;**表示與對照組比較P<0.01;#表示與抑郁癥組比較P<0.05;##表示與抑郁癥組比較P<0.01。

懸尾不動時間用來反映動物的抑郁水平。單因素方差分析顯示,與對照組相比,抑郁癥組懸尾不動時間顯著增加(P<0.01),差異具有統計學意義。與抑郁癥組相比,抑郁癥運動組懸尾不動時間顯著減少(P<0.05),差異具有統計學意義(圖1BD)。

2.2 自主跑輪運動對抑郁癥小鼠海馬單胺神經遞質的影響

單因素方差分析顯示,與對照組相比,抑郁癥組5-HT(P<0.05)、NE(P<0.05)及DA(p<0.05)均顯著減少,差異具有統計學意義。與抑郁癥組相比,抑郁癥運動組5-HT(P<0.05)、NE(P<0.05)及DA(P<0.05)均顯著增加,差異具有統計學意義(見表1)。

表1 自主跑輪運動對抑郁癥小鼠海馬單胺神經遞質的影響

2.3 自主跑輪運動對抑郁癥小鼠HPA軸的影響

單因素方差分析顯示,與對照組相比,抑郁癥組CRH(P<0.05)、ACTH(P<0.05)及CORT(P<0.01)均顯著增加,差異具有統計學意義。與抑郁癥組相比,抑郁癥運動組CRH(P<0.05)、ACTH(P<0.05)及CORT(P<0.01)均顯著減少,差異具有統計學意義(見表2)。

表2 自主跑輪運動對抑郁癥小鼠血漿HPA軸的影響

3 討論

抑郁癥復發多與反復的應激事件密切相關。實驗結果表明,長期社會擊敗應激會導致小鼠出現焦慮樣及抑郁樣行為,主要表現為抑郁癥組在曠場的中間區域百分比顯著下降,懸尾的不動時間顯著增加。自主跑輪運動可以較好地模擬人類的主動運動行為。研究表明,自主運動可以緩解急性應激和長期應激導致小鼠的焦慮樣及抑郁樣行為[5]。本研究結果表明,自主跑輪運動可以緩解長期社會擊敗應激導致的小鼠焦慮樣及抑郁樣行為。但也有研究表明,社交挫敗應激對于小鼠的絕望行為無影響[6],這與本研究結果存在一定的不一致性,推測可能是動物模型之間的差異,仍需進一步探究。

運動作為一種低成本的非藥物治療在抑郁癥干預中起到了重要作用。研究結果表明,自主跑輪運動可通過升高抑郁癥小鼠海馬內單胺神經遞質水平起到緩解焦慮樣及抑郁樣行為,表現為5-HT、NE及DA含量升高。之前的研究表明,百合中藥配方能明顯升高海馬5-HT、NE、DA含量,進而緩解大鼠抑郁癥[7],故推測自主運動改善小鼠抑郁癥可能是通過調控腦內單胺神經遞質活動實現的。自主跑輪運動可通過抑制HPA軸功能緩解抑郁癥小鼠的焦慮樣及抑郁樣行為,表現為CRH、ATCH及CORT水平降低。百合中藥配方能明顯抑郁HPA軸亢進,CRH、ATCH及CORT水平降低,進而緩解大鼠抑郁癥[7],故推測自主運動改善小鼠抑郁癥可能是通過調控HPA軸實現的。未來可進一步深入探究神經遞質間的協調,包括5-HT、NE、DA之間存在的相互調節作用機制。在運動過程中,單胺神經遞質與HPA軸等抗抑郁通路共同作用,從而減緩抑郁,值得深入探究。

自主跑輪運動對于抑郁癥小鼠的焦慮及抑郁有改善作用,其作用機制可能與調節單胺神經遞質水平及HPA軸功能有關。此研究結果為進一步開展抑郁癥治療及研究運動改善抑郁癥提供了科學依據。